انرژی خازن - آموزش تصویری - زبان ساده
موارد زیر مکمل هم هستند. برای یادگیری پایدار، از همه آنها استفاده کنید:
1- متن را بخوانید
2- در آزمون شرکت کنید
توضیح بیشتر: دکمه راهنما در نوار بالایی را کلیک کنید .
محاسبه آنلاین انرژی ذخیره شده در خازن، ظرفیت خازن، ولتاژ، بار الکتریکی
سلامابزار زیر فوق العاده و بی نظیر است. چون بهترین شیوه یادگیری حل مسئله را ارائه می کند. در هیچ جای دیگری چنین ابزار فوق العاده ای را نمی توانید پیدا کنید. برای طراحی آن وقت زیادی صرف کردیم و کاملا رایگان در اختیار عموم قرار دادیم. لطفا از آن استفاده کنید. اعداد مختلف را وارد کنید و آنها را تغییر دهید. به این ترتیب شما می توانید بی نهایت سوال با پاسخ تشریحی ایجاد کنید. از همه مهمتر، حتی می توانید مسائل درون یا آخر فصل و نیز مثال های کتاب درسی را با آن حل کنید.
معلمان محترم می توانند برای طراحی سوال و یا بررسی درستی سوال خود، از این ابزار ارزشمند استفاده کنند( پس از آنکه نرم افزار سوال را تولید کرد می توانید ظاهر و ادبیات سوال را به دلخواه خود تغییر دهید). با احترام: ژرفنما
روش استفاده:
در قسمت پایین، چهار ورودی اعداد وجود دارد. در دو ورودی، عدد دلخواه خود را وارد کنید. سپس روی دکمه محاسبه کلیک کنید. تا حل تشریحی آن، ارائه می شود.
توضیح بیشتر
- فرض کنید سه ورودی برای عدد داریم اگر در ورودی اول و دوم، عدد وارد کنید کمیت سوم حساب می شود. اما اگر در ورودی دوم و سوم، عدد وارد کنید کمیت اول حساب می شود و ...
-
برای وارد کردن اعداد توان دار، ما از ساده ترین روش ( یعنی e-notation )استفاده کردیم. برای این کار، از حرف e استفاده کنید. مثلا 105 × 3 را به صورت 3e5 وارد کنید
همچنین 5-10 × 3 را به صورت 3e-5 وارد کنید
عدد 19-10 × 1/6 را به صورت 1.6e-19 وارد کنید
عددی مانند 105 را به صورت 1e5 وارد کنید.(یعنی به صورت e5 وارد نکنید).
دقت کنید هنگام وارد کردن e صفحه کلید شما انگلیسی باشد وگرنه وارد نمی شود. - برای وارد کردن اعداد اعشاری، مثلا 6/5 به جای علامت اعشار / از علامت نقطه . استفاده کنید
1 - انرژی ذخیره شده در خازن
مقدار انرژی که مولد برای پرکردن خازن مصرف میکند، به صورت انرژی پتانسیل در خازن ذخیره میشود. این انرژی به انرژی خازن معروف است. در دروس قبل گفتیم وقتی که خازن را به یک باتری وصل می کنید شارژ می شود.
وقتی یک خازن شارژ می شود روی صفحات آن بار الکتریکی ذخیره می شود. بار الکتریکی باعث می شود، بین صفحات خازن، میدان الکتریکی ایجاد شود. انرژی که باتری مصرف می کند تا خازن را شارژ کند در میدان الکتریکی بین دو رسانای خازن ذخیره می گردد.
توجه: تفاوت انرژی ذخیره شده در خازن و باتری در این است که، مقدار انرژی ذخیره شده در باتری بیشتر از خازن است. اما خازن می توان در زمان کوتاه تری، انرژی را ذخیره یا تخلیه کند.2 - فرمول محاسبه انرژی خازن
برای محاسبه مقدار انرژی ذخیره شده در خازن از سه فرمول روبرو استفاده می شود.
- C = ظرفیت خازن( بر حسب فاراد F)
- q = بار ذخیره شده( بر حسب کولن C)
- V = اختلاف پتانسیل دو سر مولد( بر حسب ولت v)
- U = انرژی الکتریکی خازن( بر حسب ژول J)
توجه: - اگر ظرفیت و ولتاژ را داشته باشیم از فرمول اول استفاده می کنیم.
- اگر ظرفیت و بار را داشته باشیم از فرمول دوم استفاده می کنیم.
- اگر بار و ولتاژ را داشته باشیم از فرمول سوم استفاده می کنیم.
اختلاف پتانسیل 8 ولت را به دو سر یک خازن 6 میکرو فاراد، وصل می کنیم. چه مقدار انرژی الکتریکی در خازن ذخیره می شود؟
چون اختلاف پتانسیل و ظرفیت را داریم از فرمول اول استفاده می کنیم.
ضمنا به راحتی می توان بار ذخیره شده را با فرمول q = cv حساب کرد( لطفا حساب کنید).
اختلاف پتانسیل 8 ولت را به دو سر یک خازن وصل می کنیم. بار 6 میکرو کولن در آن ذخیره می شود. چه مقدار انرژی الکتریکی در خازن ذخیره می شود؟
به شباهت این مثال و مثال قبل دقت کنید. در اینجا چون اختلاف پتانسیل و بار را داریم از فرمول سوم استفاده می کنیم.
3 - تغییر ابعاد خازن و تغییر انرژی ذخیره شده
در دروس قبل گفتیم هر چیزی که در صورت یک کسر باشد با عبارت طرف دیگر آن نسبت مستقیم و اگر در مخرج باشد نسبت وارون دارد. اما در مورد انرژی باید دقت بیشتری کنیم. مثلا در فرمول اول یعنی U =1/2cv2 نسبت U و c نسبت مستقیم است.اما در فرمول دوم یعنی (U =q2/(2c نسبت U و c نسبت وارون است.
چاره کار چیست؟
یک خازن تخت را شارژ می کنیم. سپس خازن را از منبع جدا می کنیم. بعد از آن، فاصله صفحات آن را دو برابر می کنیم انرژی خازن، چه تغییری می کند.
فاصله صفحات را دو برابر کردیم پس ظرفیت خازن نصف می شود. چون خازن از منبع جداشده بار آن ثابت است( درس خازن تخت)در نتیجه از فرمول اول استفاده می کنیم. پس انرژی خازن، نصف می شود.
یک خازن تخت را شارژ می کنیم. در حالی که خازن به منبع وصل است فاصله صفحات آن را دو برابر می کنیم انرژی خازن چه تغییری می کند.
این مثال ظاهرا مشابه مثال قبل است. اما پاسخ آن کاملا متفاوت است.
چون خازن را از منبع جدا نکردیم پس اختلاف پتانسیل آن ( همان ولتاژ) ثابت می ماند. در نتیجه از فرمول دوم استفاده می کنیم. ظرفیت خازن نصف می شود. بنابراین انرژی ذخیره شده دو برابر می شود.
رابطه ابعاد خازن با ظرفیت را در درس خازن تخت بررسی کردیم
بخش نظرات